用于水處理的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種水處理工藝，特別地用于獲得超純水，其中，去陽(yáng)離子水流經(jīng)過(guò)至少第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床，所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，特別的設(shè)置在其直接下游。此外，描述了用于進(jìn)行所述工藝的水處理系統(tǒng)和逆流離子交換單元。
【專利說(shuō)明】用于水處理的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水處理工藝，特別是用于獲得超純水的工藝。本發(fā)明進(jìn)一步地涉及一種用于進(jìn)行所述工藝的水處理系統(tǒng)以及逆流離子交換單元。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，水處理的重要性不斷地增加，特別是在獲得飲用水的領(lǐng)域，以及在高純度工藝用水的生產(chǎn)中。特別地，對(duì)關(guān)于水的純度做出了較高的需求，尤其是在生產(chǎn)高純度工藝用水的情況下例如，用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的工藝用水的情況下。例如，在半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中，需更極高純度的水用于沖洗硅片，特別在蝕刻工藝之后。
[0003]用于生產(chǎn)所需高純度水的起點(diǎn)是地表水，例如河水，或者地下水(例如，井水)。其典型地在多段處理過(guò)程進(jìn)行凈化，所述多段處理過(guò)程包括預(yù)處理部分、被稱為“補(bǔ)給”部分、以及被稱為“拋光”部分。
[0004]預(yù)處理一般包括特別的一個(gè)或多個(gè)用于去除粗糙以及細(xì)小顆粒的過(guò)濾步驟、以及最后用于去除交體物質(zhì)和非常細(xì)小灰塵顆粒的絮凝步驟、吸附步驟(通常使用活性碳)、軟化步驟和/或利用離子交換樹脂和/或逆滲透膜以去除原水中礦物質(zhì)的步驟。隨后，在補(bǔ)給部分，于是對(duì)經(jīng)過(guò)處理的水進(jìn)行除氣、除去離子并且用UV進(jìn)行處理。在拋光期間，提供了進(jìn)一步UV處理。除此之外，所述拋光一般包括進(jìn)一步去離子過(guò)程，以及至少一個(gè)超濾步驟。
[0005]待處理的原水一般包含無(wú)機(jī)和有機(jī)成分或者雜質(zhì)，其必須在處理期間盡可能地被去除。分別地，關(guān)于所述成分以及雜質(zhì)，其特別地是指有機(jī)結(jié)合碳(“總有機(jī)碳，T0C”)、硅石和硼。
[0006]通過(guò)利用強(qiáng)堿性陰離子交換劑，硼通常情況下作為硼酸被去除。然而，所述用于硼的交換劑的吸附力一般是較低的，這導(dǎo)`致了較低的去除能力(每升強(qiáng)堿性陰離子交換劑去除毫克(mgram)硼)以及硼的非常早的穿透(洗脫)。一般地，當(dāng)強(qiáng)堿性陰離子交換劑耗盡時(shí)，硼會(huì)作為第一雜質(zhì)穿透。
[0007]換句話說(shuō)，例如，當(dāng)硅石的穿透和洗脫分別在強(qiáng)堿性陰離子交換劑的出口檢測(cè)到時(shí)，通常情況下硼已經(jīng)洗脫到至少一定的程度。
[0008]于是，根據(jù)傳統(tǒng)工藝，在交換劑出口的上游大約20至30cm處，對(duì)強(qiáng)堿性陰離子交換劑中的硅石濃度進(jìn)行測(cè)量以用于控制硼的去除，借以依靠硅石測(cè)量下游的短層以獲取由硅石前沿置換的硼前沿。
[0009]然而，所述方法受到冷遇，因?yàn)檎嬲呐鹂刂剖遣豢赡艿?除了通過(guò)獲取用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的樣品)。進(jìn)一步地，只有當(dāng)供水中硼濃度是穩(wěn)定的并且未超過(guò)大約50至大約IOOppb (十億分之一)的范圍時(shí)，所述傳統(tǒng)工藝才是可能的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]于是，本發(fā)明的基本目的是提供一種用于水處理的技術(shù)，特別是用于生產(chǎn)超純水的工藝，本發(fā)明尤其分別進(jìn)行硼穿透并且減少硼泄漏的最佳控制，尤其是在較高的供給濃度下。
[0011]由此，本發(fā)明提供一種用于水處理，特別是水的預(yù)處理的工藝，優(yōu)選地用于獲得超純水，其中:使去陽(yáng)離子水流至少流經(jīng)第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床，所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，特別是直接下游。
[0012]優(yōu)選地，在經(jīng)過(guò)所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床之前，所述水流首先經(jīng)過(guò)設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床上游的弱堿性陰離子交換床。
[0013]優(yōu)選地，所述陰離子交換床以逆流離子交換單元的形式進(jìn)行設(shè)置。
[0014]優(yōu)選地，在所述工藝的操作狀態(tài)下，在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，對(duì)所述水流的硅石濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0015]優(yōu)選地，當(dāng)硅石濃度超過(guò)限定的臨界值，優(yōu)選地，臨界值為20ppb時(shí)，所述陰離子交換床進(jìn)行再生。
[0016]優(yōu)選地，在所述工藝的操作狀態(tài)下，在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，對(duì)所述水流的硼濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0017]優(yōu)選地，水流樣品經(jīng)過(guò)在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床下游的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床，其中，所述強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床優(yōu)選地設(shè)置在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床和硼分析儀之間。
[0018]優(yōu)選地，當(dāng)硼濃度超過(guò)限定的臨界值，優(yōu)選地，臨界值為IOOppt時(shí)，所述陰離子交
換床進(jìn)行再生。
[0019]優(yōu)選地，所述陰離子交`換床在逆流方式下以串聯(lián)的形式進(jìn)行再生。
[0020]本發(fā)明還提供一種去陽(yáng)離子水處理系統(tǒng)，特別用于進(jìn)行前述的任一項(xiàng)工藝，所述去陽(yáng)離子水處理系統(tǒng)包括:第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床，所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，特別是直接下游。
[0021]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步地包括弱堿性陰離子交換床，所述弱堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，特別是直接上游。
[0022]優(yōu)選地，所述陰離子交換床以逆流離子交換單元的形式進(jìn)行設(shè)置。
[0023]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步地包括硅石分析儀，所述硅石分析儀連接在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床上，特別是連接在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口上，或者經(jīng)過(guò)硅石取樣線而連接至設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床下游的噴嘴上。
[0024]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步地包括硼分析儀，所述硼分析儀經(jīng)過(guò)硼取樣線連接在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床上，特別是連接在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口上。
[0025]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步地包括強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床，所述強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床設(shè)置在所述硼分析儀上游的硼取樣線上。
[0026]本發(fā)明還提供一種逆流離子交換單元，特別用于進(jìn)行前述的任一項(xiàng)工藝，優(yōu)選地用于在對(duì)水進(jìn)行預(yù)處理期間去除硼，其中，所述單元包括第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床，所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，特別是直接下游，并且所述單元可選地包括弱堿性陰離子交換床，所述弱堿性陰離子交換床設(shè)置在在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，特別是直接上游。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的工藝用于水處理，特別是水的預(yù)處理。特別地，所述工藝用于獲得超純水。
[0028]所述工藝尤其對(duì)從原水中去除硼是有用的，優(yōu)選地在用于獲得超純水的預(yù)處理部分期間。伴隨硼進(jìn)一步的雜質(zhì)，特別是從由弱酸，如有機(jī)酸、二氧化碳、硅石以及它們的混合物構(gòu)成的組合中選擇的雜質(zhì)，借助于根據(jù)本發(fā)明的工藝而被去除。
[0029]在所述工藝中，水流(典型地為去陽(yáng)離子水流)至少經(jīng)過(guò)第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床。所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游。
[0030]為了提供去陽(yáng)離子水流，陽(yáng)離子交換床可能設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，特別地設(shè)置在如在下文中詳細(xì)描述的弱堿性陰離子交換床的上游，優(yōu)選地設(shè)置在如在下文中詳細(xì)描述的逆流離子交換單元的上游。
[0031]本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn):在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游增加另一個(gè)強(qiáng)堿性陰離子交換床能夠更好地從水流中去除硼。該另一個(gè)(即，第二)強(qiáng)堿性陰離子交換床有利地獲得硼前沿，所述硼前沿在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口被置換。在這個(gè)方面，另一個(gè)強(qiáng)堿性陰離子交換床可以有利地設(shè)計(jì)成用于特別的去除硼前沿。
[0032]伴隨硼，所述第二強(qiáng)堿性交換床(如第一強(qiáng)堿性陰離子交換床)可能有利地用于去除如有機(jī)酸、二氧化碳、硅石或者類似物的弱酸的泄漏。
[0033]根據(jù)本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“強(qiáng)堿性陰離子交換床”涉及一種交換床，所述交換床包括樹脂，所述樹脂在其無(wú)荷載狀態(tài)下含有能夠用于交換陰離子的陽(yáng)離子基團(tuán)。合適的樹脂典型地是聚苯乙烯樹脂或者聚苯乙烯基樹脂，優(yōu)選地含有季銨基團(tuán)，所述季銨基團(tuán)在它們的空載狀態(tài)下作為相反離子與氫氧根離子進(jìn)行配對(duì)。所述季銨基團(tuán)可能具有一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或者四個(gè)諸如烴基殘基的有機(jī)殘基，例如甲基、乙基、丙基、或者類似的殘基。用于去除硼的所述季銨基團(tuán)優(yōu)選地具有三個(gè)甲基殘基(基團(tuán))_因此被稱為三甲基銨基基團(tuán)。含有樹脂的三甲基銨基作為類型I的強(qiáng)堿性陰離子交換劑而被熟知。
[0034]根據(jù)本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“去陽(yáng)離子水流”涉及一種水流，該水流的陽(yáng)離子(H+離子除外)如Mg2+、Ca2+、或者類似離子(至少大量地)被H+離子替換。
[0035]根據(jù)本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“硼”不僅包括硼元素也包括硼酸(H2BO3)、硼酸氫鹽(HBO3-)、以及硼酸鹽(BO/—)。
[0036]進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“下游”和“上游”限定為與所處理水的流向相關(guān)。
[0037]此外，根據(jù)本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“入口”和“出口 ”也用于與所處理水的流向相關(guān)方面。
[0038]對(duì)于經(jīng)濟(jì)地去除游離礦物酸和有機(jī)酸，首先使得水流流經(jīng)弱堿性陰離子交換床是優(yōu)選的，所述弱堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，特別是直接上游。換句話說(shuō)，它反應(yīng)了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例以使水流(至少)流經(jīng)弱堿性陰離子交換床、設(shè)置在弱堿性陰離子交換床下游的第一強(qiáng)堿性陰離子交換床、以及流經(jīng)設(shè)置在第一堿性陰離子交換床下游的第二強(qiáng)堿性陰離子交換床。根據(jù)本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)“弱堿性陰離子交換床”涉及一 種交換床，所述交換床包括樹脂，典型地是聚苯乙烯樹脂或者聚苯乙烯基樹脂，在其空載狀態(tài)下含有游離官能團(tuán)，如不具有真正的氫氧根形式的叔氨基團(tuán)。它們僅在酸性條件下電離，并且因此與完整的礦物酸及其陰離子進(jìn)行結(jié)合。[0039]在下文中，第一強(qiáng)堿性陰離子交換床、第二強(qiáng)堿性陰離子交換床以及可選地設(shè)置的弱堿性陰離子交換床，特別地如在前文中詳細(xì)描述的一樣，將被定義為“陰離子交換床”。
[0040]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述陰離子交換床是串聯(lián)連接的。
[0041]優(yōu)選的，第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的直接下游。進(jìn)一步地，所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床可能設(shè)置在可選地設(shè)置的弱堿性陰離子交換床的直接下游，特別地如在前文中詳細(xì)描述的一樣。
[0042]短語(yǔ)“直接下游”以及“直接上游”根據(jù)本發(fā)明是指:除了一個(gè)或者若干可選地設(shè)置的惰性樹脂層之外，沒有進(jìn)一步的處理單元(如，過(guò)濾單元、絮凝單元、除氣單元、去離子單元、逆滲透單元或者類似單元)設(shè)置在交換床之間。
[0043]一般地，所述陰離子交換床可能配置成單一陰離子交換單元，典型地配置成具有分離室的單個(gè)柱體，也就是第一強(qiáng)堿性陰離子交換室、第二強(qiáng)堿性陰離子交換室和可選地設(shè)置的弱堿性陰離子交換室。
[0044]然而，根據(jù)特別優(yōu)選的實(shí)施例，所述陰離子交換床，即第一強(qiáng)堿性陰離子交換床、第二強(qiáng)堿性陰離子交換床以及可選地設(shè)置的弱堿性陰離子交換床，特別地如上所述，進(jìn)行設(shè)置或者進(jìn)行組合以形成逆流離子交換單元。這是尤其具有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)槟媪麟x子交換單元在逆流模式下促進(jìn)串聯(lián)的陰離子交換床的再生(通道再生)，且方便地按照第二強(qiáng)堿性陰離子交換床、第一強(qiáng)堿性陰離子交換床以及可選地設(shè)置的弱堿性陰離子交換床的順序(序列)。于是，可以實(shí)現(xiàn)第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的非常高的再生等級(jí)，以及第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的至少中等的再生等級(jí)。此外，對(duì)于陰離子交換床的再生，特別是第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的再生，僅需要非常少量的額外再生溶液。
[0045]在另一個(gè)實(shí)施例中，惰性樹脂層設(shè)置在可選地設(shè)置的弱堿性陰離子交換床和第一強(qiáng)堿性陰離子交換床之間，特別地如本文中詳細(xì)描述的一樣。優(yōu)選地，樹脂層直接設(shè)置在弱堿性陰離子交換床的出口。于是，第一強(qiáng)`堿性陰離子交換床的入口被用于弱堿性陰離子交換床的樹脂所堵塞是可以避免的。
[0046]在另一個(gè)實(shí)施例中，惰性樹脂層設(shè)置在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床之間。優(yōu)選地，所述樹脂層直接設(shè)置在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口。于是，第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的入口被用于第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的樹脂所封堵這一情況是可以避免的。所述惰性樹脂層可能進(jìn)一步地包括噴嘴，所述噴嘴用作對(duì)與雜質(zhì)濃度(尤其是除了硼濃度之外)相關(guān)的所測(cè)試水進(jìn)行取樣的出口。優(yōu)選地，如將在下文中詳細(xì)描述的一樣，所述噴嘴用作對(duì)與硅石濃度相關(guān)的所測(cè)試水進(jìn)行取樣的出口。
[0047]在另一個(gè)實(shí)施例中，特別的如在本文中詳細(xì)描述的一樣，惰性樹脂層設(shè)置在第二強(qiáng)堿性陰離子交換床和逆流離子交換單元的出口之間。優(yōu)選地，所述樹脂層直接設(shè)置在第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口。于是，逆流離子交換單元的出口被第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的樹脂所堵塞是可以避免的。進(jìn)一步地，在如圖1b中描述的下行流再生過(guò)程中，所述樹脂層有助于再生溶液分布的更加均勻。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的術(shù)語(yǔ)“惰性樹脂層”涉及一種樹脂層(沒有用于陰離子交換工藝的官能團(tuán))，所述樹脂層典型的特征在于，具有比用于陰離子交換床的樹脂尺寸更大的樹脂球。例如，所述惰性樹脂可能由聚苯乙烯基樹脂制成。
[0049]在有利的實(shí)施例中，特別的，在所述工藝的操作狀態(tài)下(未干擾所述工藝的情況下)，在第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，對(duì)水流中不是硼的雜質(zhì)的濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0050]優(yōu)選地，特別的在所述過(guò)程的操作狀態(tài)下，在第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，對(duì)水流中的硅石濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0051]更加優(yōu)選地，對(duì)硅石的監(jiān)測(cè)通過(guò)分別測(cè)量來(lái)自于第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的硅石穿透和洗脫而進(jìn)行。
[0052]硅石濃度典型地利用硅石分析儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0053]優(yōu)選地，硅石濃度通過(guò)利用在線硅石分析儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。合適的在線硅石分析儀對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是非常熟悉的。所述分析儀典型地基于用于測(cè)量鑰酸反應(yīng)溶解硅石的雜多藍(lán)方法。本領(lǐng)域的技術(shù)人員非常熟悉所述方法。于是，在其上沒有進(jìn)行任何進(jìn)一步的評(píng)論。
[0054]方便地，所述硅石分析儀連接在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床上，特別地連接在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口上，或者經(jīng)過(guò)硅石采樣線連接在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床下游的噴嘴上。所述噴嘴優(yōu)選地設(shè)置在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床之間。更加優(yōu)選地，所述噴嘴可能位于惰性樹脂層中，所述惰性樹脂層設(shè)置在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床之間(在如圖1描述原理的情況下)。
[0055]優(yōu)選地，當(dāng)硅石濃度，特別是硅石穿透，超過(guò)限定的臨界值時(shí)，所述處理工藝中斷并且所述陰離子交換床再生。這有利地保持了第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的一個(gè)較高的再生等級(jí)，借以避免由于硅石、T0C、或者類似物而耗盡第二強(qiáng)堿性陰離子交換床。于是，第二強(qiáng)堿性陰離子交換床主要地完全用于去除硼。雖然，通過(guò)監(jiān)測(cè)硅石濃度獲得的高再生等級(jí)的第二強(qiáng)堿性陰離子交換床額外地允許獲取硅石來(lái)自于第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的硅石殘留物和/或TOC泄露?？傊?，在本段落描述的實(shí)施例有助于極大程度的降低來(lái)自于第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的硼穿透的風(fēng)險(xiǎn)，并且有助于極大程度的降低由于硼而耗盡后續(xù)處理部分的風(fēng)險(xiǎn)，特別是后續(xù)補(bǔ)給部分和/或拋光部分。
`[0056]更加優(yōu)選地，當(dāng)硅石濃度超過(guò)限定的臨界值時(shí)，通常是一個(gè)非常低的臨界值，如大約20ppb (十億分之一)的臨界值時(shí)，所述陰離子交換床在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口進(jìn)行再生。
[0057]根據(jù)另一個(gè)合適的實(shí)施例，優(yōu)選的在所述工藝的操作狀態(tài)下，在第二強(qiáng)堿性陰離子交換床下游的水流中監(jiān)測(cè)硼濃度。
[0058]更加具體地，通過(guò)分別測(cè)量來(lái)自于第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的硼穿透和洗脫，可以監(jiān)測(cè)硼濃度。
[0059]所述硼濃度一般通過(guò)利用硼分析儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
[0060]優(yōu)選地，硼濃度通過(guò)利用在線硼分析儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員非常熟悉合適的硼分析儀。所述分析儀基于以下工作原理:在所述分析儀內(nèi)，硼形成了降低所處理水的電阻率的復(fù)合體(complex)。在兩個(gè)被測(cè)量的(具有或不具有復(fù)合體形式的)電阻率之間的差別顯示了所取樣的水中硼的濃度。
[0061]為了監(jiān)測(cè)硼濃度，水流樣品優(yōu)選地經(jīng)過(guò)第二強(qiáng)堿性交換床下游的硼采樣線而轉(zhuǎn)移至硼分析儀，所述硼采樣線優(yōu)選地如前述描述所述地在逆流離子交換單元的下游。
[0062]在所述工藝的操作狀態(tài)下(在線)，為了方便監(jiān)測(cè)硼濃度，將水樣品的電阻率增加到15M0hmcm以上(分別將電導(dǎo)率減小至小于0.067 μ s/cm)可能是有利的。[0063]為了這個(gè)目的，使得水流樣品流經(jīng)第二強(qiáng)堿性陰離子交換床下游的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床，特別是如前面描述的逆流離子交換單元的下游的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床，是尤其有利的。方便地，強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床設(shè)置在硼分析儀的上游。根據(jù)本發(fā)明的術(shù)語(yǔ)“強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床”涉及一種包括樹脂的交換床，所述樹脂典型的是聚苯乙烯樹脂或者聚苯乙烯基樹脂，其在空載狀態(tài)下具有強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基團(tuán)。
[0064]所述強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床有利地允許降低硼取樣線中鈉離子的濃度，借以增加水流的電阻率(降低電導(dǎo)率)。優(yōu)選地，所述強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床便于降低鈉離子的濃度至小于1ppb (十億分之一)。所述強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床典型地配置成柱體，優(yōu)選地配置成小柱體或者盒子，所述小柱體或者盒子中充滿了單向樹脂。
[0065]有利地，當(dāng)硼濃度超過(guò)限定的臨界值，優(yōu)選的臨界值為IOOppt (萬(wàn)億分之一)時(shí)，處理工藝中斷，并且陰離子交換床進(jìn)行再生。于是，即使供給水流中硼濃度發(fā)生較大波動(dòng)，例如濃度超過(guò)大約50至IOOppb(十億分之一)的范圍，可以成功地對(duì)所述波動(dòng)進(jìn)行緩沖，借以避免由于硼而耗盡隨后的處理部分，優(yōu)選的避免耗盡隨后的供給部分和/或拋光部分。
[0066]如已經(jīng)概述的，所述陰離子交換床優(yōu)選地在逆流方式中進(jìn)行再生。典型地，這在被稱為“上行流耗盡/下行流再生”的操作方式內(nèi)(如圖1a和圖1b中描述的)，或者在被稱為“下行流耗盡/上行流再生”的操作方式內(nèi)(如圖2a和圖2b中描述的)而實(shí)現(xiàn)。
[0067]更加具體地，陰離子交換床優(yōu)選地按照第二強(qiáng)堿性陰離子交換床、第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和可選地設(shè)置的弱堿性陰離子交換床的順序(序列)，具體如前文所描述的一樣，進(jìn)行再生。通過(guò)這樣做，獲得了非常高再生等級(jí)的第二強(qiáng)堿性陰離子交換床，并且至少是中等再生等級(jí)的第一強(qiáng)堿性陰離子交換床。
[0068]對(duì)于陰離子交換床堿性溶液的再生，可使用堿性溶液，特別是溫?zé)岬膲A性溶液，優(yōu)選地，所使用的溶液的溫度在35°C至40°C范圍之內(nèi)。優(yōu)選地，所述堿性溶液是氫氧化鈉溶液或者氫氧化鉀溶液，優(yōu)選地是一種氫氧化鈉溶液。
[0069]一般地，第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床可能由相同的樹脂制成。
[0070]然而，根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床由不同的樹脂制成。例如，所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床通常由凝膠類型的樹脂制成(表面孔徑一般在Inm范圍內(nèi))，而所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床由大孔樹脂制成(表面孔徑一般在IOOnm的范圍內(nèi))。一般地，由于在再生階段通過(guò)大孔的大有機(jī)分子具有更好的洗脫，所述大孔樹脂與傳統(tǒng)的凝膠型樹脂相比允許更好的去除有機(jī)物(通過(guò)相互之間的吸附作用)。換句話說(shuō)，所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床可以進(jìn)行特殊地設(shè)計(jì)以從水流中去除除了硼之外的有機(jī)物。
[0071]優(yōu)選地，在水處理的全部工藝中，如前面描述所示的水流處理展示了處理部分，這如在剛開始已經(jīng)描述的那樣，換句話說(shuō)，多階段過(guò)程包括預(yù)處理部分、補(bǔ)給部分以及拋光部分。在這一系列中，如前文所述的水流處理優(yōu)選地展示了預(yù)處理部分或者至少形成它們的一部分。
[0072]優(yōu)選地，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的工藝進(jìn)行處理的水由濃度小于IOOppt (萬(wàn)億分之一)的硼進(jìn)行限定。[0073]對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的工藝的進(jìn)一步特征和優(yōu)勢(shì)，引用的全部?jī)?nèi)容用于下述描述中。
[0074]本發(fā)明進(jìn)一步地涉及一種水處理系統(tǒng)，典型地是一種去陽(yáng)離子水處理系統(tǒng)，特別的是用于進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的工藝。所述系統(tǒng)包括第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床，所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，特別是直接下游。
[0075]在方便的實(shí)施例中，所述系統(tǒng)額外地包括弱堿性陰離子交換床，其設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，特別是直接上游。
[0076]優(yōu)選地，在下文中被稱為“陰離子交換床”的第一強(qiáng)堿性陰離子交換床、第二強(qiáng)堿性陰離子交換床、以及可選地設(shè)置的弱堿性陰離子交換床，具體如上所述，設(shè)置成串聯(lián)的形式。
[0077]更加優(yōu)選地，所述陰離子交換床進(jìn)行合并以形成逆流離子交換單元。
[0078]所述系統(tǒng)可能進(jìn)一步地包括硅石分析儀。所述硅石分析儀優(yōu)選地設(shè)置在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游。方便地，所述硅石分析儀經(jīng)過(guò)硅石取樣線連接在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口上或者連接在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床下游的噴嘴上。
[0079]所述系統(tǒng)可能進(jìn)一步地包括硼分析儀。所述硼分析儀優(yōu)選地設(shè)置在第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游。優(yōu)選地，所述硼分析儀經(jīng)過(guò)硼取樣線連接在第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口上，特別是連接在如上所述的逆流離子交換單元的出口上。
[0080]進(jìn)一步地，所述系統(tǒng)可能包括強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床，其優(yōu)選地設(shè)置在硼分析儀上游的硼取樣線上。
[0081]此外，所述系統(tǒng)可能包括至少一個(gè)過(guò)濾單元，特別是超濾單元、絮凝單元、消毒單元、軟化單元、脫鹽單元、除氣單元、去離子單元、UV處理單元、逆滲透單元、進(jìn)一步陰離子和/或陽(yáng)離子交換床、或者類似的。
[0082]關(guān)于進(jìn)一步的特征和優(yōu)勢(shì)，它明確地涉及前面描述的根據(jù)本發(fā)明的相關(guān)工藝。
[0083]此外，本發(fā)明與逆流離子交換單元相關(guān)。特別的，所述逆流離子交換單元用于進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明的工藝。所述單元尤其用于從水中去除硼，特別是在預(yù)處理部分用于獲得超純水。
[0084]所述逆流離子交換單元包括第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床，所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，特別是直接下游。
[0085]在方便的實(shí)施例中，所述逆流離子交換單元額外地包括弱堿性陰離子交換床，其設(shè)置在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，特別是直接上游。
[0086]對(duì)于進(jìn)一步特征和優(yōu)勢(shì)，它方便地是指根據(jù)本發(fā)明的前面描述的相關(guān)工藝。
[0087]本發(fā)明的其他特征產(chǎn)生于下文中與獨(dú)立權(quán)項(xiàng)合并的優(yōu)選實(shí)施例的描述。在這種情況下，個(gè)別特征可在每種情況下分別完成，或者是作為與本發(fā)明的另一實(shí)施例進(jìn)行組合的多數(shù)而完成。特別的實(shí)施例僅用于說(shuō)明以及用于更好的理解本發(fā)明，并且絕不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。
[0088]在附圖中:
[0089]圖1a:示意性地示出了在上行流消耗中根據(jù)本發(fā)明的工藝的實(shí)施例的流程圖。
[0090]圖1b示意性地示出了在下行流再生中根據(jù)本發(fā)明的工藝的實(shí)施例的流程圖。[0091]圖2a:示意性地示出了在下行流消耗中根據(jù)本發(fā)明的工藝的可選擇實(shí)施例的流程圖。
[0092]圖2b:示意性地示出了在上行流再生中根據(jù)本發(fā)明的工藝的可選擇實(shí)施例的流程圖。
[0093]圖1a和圖1b示出了根據(jù)本發(fā)明下述上行流消耗(與所處理水的流向相關(guān))和下行流再生(與采用的再生溶液的流向相關(guān))的工藝。
[0094]圖2a和圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明下述下行流消耗(與所處理水的流向相關(guān))和上行流再生(與采用的再生溶液的流向相關(guān))的工藝。
[0095]除非另有明確說(shuō)明，否則下述描述是指在圖1以及圖2中描述的工藝。
[0096]對(duì)于處理，特別是預(yù)處理，水(典型的是去陽(yáng)離子水)流經(jīng)逆流離子交換單元100的入口 102，所述逆流離子交換單元100包括弱堿性陰離子交換床110、第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120以及第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130。
[0097]在逆流離子交換單元100中，離子交換床110、120、130進(jìn)行串聯(lián)連接，其中弱堿性陰離子交換床110直接設(shè)置在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120的上游，并且第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120直接設(shè)置在第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130的上游。
[0098]于是，所處理的水按照弱堿性陰離子交換床110、第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130的順序經(jīng)過(guò)陰離子交換床(如箭頭所示)。
[0099]在弱堿性陰離子交換床110的通道中，所述水主要是來(lái)自于礦物酸和有機(jī)物的游離物。
[0100]在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120的通道中，所述水主要是來(lái)自于硅石和二氧化碳的游離物。依靠用于第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120的樹脂，TOC還可以通過(guò)交換床進(jìn)行去除。
[0101]由于硼典型地是穿透強(qiáng)堿性陰離子交換床的第一雜質(zhì)(或者至少是第一雜質(zhì)之一)，當(dāng)經(jīng)過(guò)第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130時(shí)，所述水主要是來(lái)自于硼的游離物。依靠用于第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130的樹脂，TOC可以另外通過(guò)交換床進(jìn)行去除。
[0102]在如圖1描述的工藝原理中，惰性樹脂層114可以設(shè)置在弱堿性陰離子交換床110和第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120之間，特別是在交換床110的出口。進(jìn)一步地，惰性樹脂層124可以設(shè)置在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130之間，特別是在交換床120的出口。此外，惰性樹脂層134可以設(shè)置在第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130和逆流離子交換單元100的出口 106之間，特別是在交換床130的出口。所述樹脂層134有利地防止出口 106被第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130的樹脂材料阻塞。此外，在圖1b描述的下行流再生過(guò)程中，所述樹脂層134在陰離子交換床130、120、110內(nèi)促使再生溶液(如氫氧化鈉溶液)的分布更加均勻。
[0103]在如圖2描述的工藝原理中，惰性樹脂層114可以設(shè)置在逆流離子交換單元100的入口 102和弱堿性陰離 子交換床110之間，特別是在床110的入口處，以在逆流離子交換單元100內(nèi)促使所處理水的分布更加均勻。所述惰性樹脂層114也防止床110的頂部噴嘴在上行流再生期間被樹脂球或者樹脂顆粒所阻塞。此外，惰性樹脂層124可以設(shè)置在弱堿性陰離子交換床110和第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120之間，特別是在床120的入口處，以在逆流離子交換單元100內(nèi)促使所處理水的分布更加均勻。所述惰性樹脂層124也防止床120的頂部噴嘴在上行流再生期間被樹脂球或者樹脂顆粒所阻塞。此外，惰性樹脂層134可以設(shè)置在第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130之間，特別是在所述床130的入口處，以在逆流離子交換單元100內(nèi)促使所處理水的分布更加均勻。如圖2b所示，所述樹脂層134也防止所述床130的頂部噴嘴在上行流再生期間被樹脂球或者樹脂顆粒所阻塞。
[0104]優(yōu)選地，從逆流離子交換單元100的出口 106出來(lái)的水的硼濃度小于IOOppt (萬(wàn)億分之一)，并且可能流經(jīng)隨后的處理部分，如補(bǔ)給部分和/或拋光部分。
[0105]特別的，可能在本發(fā)明的范圍內(nèi)，從逆流離子交換單元100出來(lái)的水流經(jīng)進(jìn)一步處理單元，如除氣單元、去離子單元、UV處理單元、超濾單元、逆滲透單元、或者類似的。
[0106]第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120，特別是所述交換床120的出口，經(jīng)過(guò)硅石取樣線145，優(yōu)選地連接在硅分析儀140上(優(yōu)選的是溶解硅石分析儀)。
[0107]當(dāng)?shù)谝粡?qiáng)堿性陰離子交換床120耗盡，并且所測(cè)量硅石的濃度超過(guò)限定的濃度，優(yōu)選的濃度為20ppb (十億分之一)時(shí)，所述處理工藝中斷，并且陰離子交換床130、120、110在逆滲透方式下以串聯(lián)的形式再生(通道再生)，即如圖1b和圖2b所示(并且如箭頭所示)的，按照第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130、第一強(qiáng)堿性陰離子交換床120和弱堿性陰離子交換床110的順序進(jìn)行再生。
[0108]對(duì)于陰離子交換床130、120、110的再生，典型地，再生溶液，優(yōu)選的是將溫?zé)岬臍溲趸c溶液，經(jīng)過(guò)出口 106，供給至所述逆流離子交換床100。
`[0109]進(jìn)一步地，第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130的出口經(jīng)過(guò)硼取樣線155優(yōu)選地連接在硼分析儀150上。
[0110]為了在處理工藝的操作狀態(tài)下能夠進(jìn)行硼濃度的監(jiān)測(cè)，所述硼分析儀150可能要求樣品水的電阻率大于15Mohm.cm。為了這個(gè)目的，強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床160(典型地配置成小柱體)可以設(shè)置在硼分析儀150和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130的出口之間。
[0111]所述強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床160通過(guò)將從第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130出來(lái)的鈉陽(yáng)離子交換為質(zhì)子(H+離子)以增加電阻率。
[0112]當(dāng)?shù)诙?qiáng)堿性陰離子交換床130耗盡，并且分別從第二強(qiáng)堿性陰離子交換床130穿透并且洗脫的硼超過(guò)限定的濃度，優(yōu)選的濃度為IOOppt (萬(wàn)億分之一)時(shí)，所述處理工藝也中斷，并且如圖1b和圖2b(如箭頭所示)所示，陰離子交換床130、120、110也在逆流方式下以串聯(lián)的形式進(jìn)行再生。
[0113]總之，極大程度的減少硼的泄漏可以通過(guò)設(shè)置第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的另一強(qiáng)堿性陰離子交換床(直接下游)而實(shí)現(xiàn)，另一強(qiáng)堿性陰離子交換床主要用于去除由雜質(zhì)前沿(特別是硅石前沿)所置換的硼。
[0114]為了進(jìn)一步將硼泄漏降至最小的程度，當(dāng)硅石和/或硼濃度超過(guò)限定的臨界值，優(yōu)選的如本發(fā)明公開的臨界值時(shí)，對(duì)所述另一強(qiáng)堿性陰離子交換床上游的硅石濃度和/或所述另一強(qiáng)堿性銀離子交換床下游的硼濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且陰離子交換床在逆流方式下以串聯(lián)的形式進(jìn)行再生。通過(guò)這樣做，所述另一強(qiáng)堿性陰離子交換床主要載有硼，并且同時(shí)地保持在高度再生狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于水處理，特別是水的預(yù)處理的工藝，優(yōu)選地用于獲得超純水，其中:使去陽(yáng)離子水流至少流經(jīng)第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床，所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，特別是直接下游。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中， 在經(jīng)過(guò)所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床之前，所述水流首先經(jīng)過(guò)設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床上游的弱堿性陰離子交換床。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其中， 所述陰離子交換床以逆流離子交換單元的形式進(jìn)行設(shè)置。
4.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其中， 優(yōu)選地，在所述工藝的操作狀態(tài)下，在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，對(duì)所述水流的硅石濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
5.如權(quán)利要求4所述的工藝，其中， 當(dāng)硅石濃度超過(guò)限定的臨界值，優(yōu)選地，臨界值為20ppb時(shí)，所述陰離子交換床進(jìn)行再生。
6.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其中， 優(yōu)選地，在所述工藝的操作狀態(tài)下，在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，對(duì)所述水流的硼濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
7.如權(quán)利要求6所述的工藝，其中， 水流樣品經(jīng)過(guò)在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床下游的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床，其中，所述強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床優(yōu)選地設(shè)置在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床和硼分析儀之間。
8.如權(quán)利要求6或7所述的工藝，其中， 當(dāng)硼濃度超過(guò)限定的臨界值，優(yōu)選地，臨界值為IOOppt時(shí)，所述陰離子交換床進(jìn)行再生。
9.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，其中， 所述陰離子交換床在逆流方式下以串聯(lián)的形式進(jìn)行再生。
10.一種去陽(yáng)離子水處理系統(tǒng)，特別用于進(jìn)行根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的工藝，所述去陽(yáng)離子水處理系統(tǒng)包括: 第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床，所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，特別是直接下游。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中， 所述系統(tǒng)進(jìn)一步地包括弱堿性陰離子交換床，所述弱堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的上游，特別是直接上游。
12.如權(quán)利要求10或11所述的系統(tǒng)，其中， 所述陰離子交換床以逆流離子交換單元的形式進(jìn)行設(shè)置。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中， 所述系統(tǒng)進(jìn)一步地包括硅石分析儀，所述硅石分析儀連接在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床上，特別的連接在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口上，或者經(jīng)過(guò)硅石取樣線連接至設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床下游的噴嘴上。
14.如權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)進(jìn)一步地包括硼分析儀，所述硼分析儀經(jīng)過(guò)硼取樣線連接在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床上，特別是連接在所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床的出口上。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中， 所述系統(tǒng)進(jìn)一步地包括強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床，所述強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換床設(shè)置在所述硼分析儀上游的硼取樣線上。
16.一種逆流離子交換單元，特別用于進(jìn)行如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的工藝，優(yōu)選地用于在對(duì)水進(jìn)行預(yù)處理期間去除硼，其中， 所述單元包括第一強(qiáng)堿性陰離子交換床和第二強(qiáng)堿性陰離子交換床，所述第二強(qiáng)堿性陰離子交換床設(shè)置在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的下游，特別是直接下游，并且所述單元可選地包括弱堿性陰離子交換床，所述弱堿性陰離子交換床設(shè)置在在所述第一強(qiáng)堿性陰離子交換床的上 游，特別是直接上游。
【文檔編號(hào)】C02F103/04GK103833107SQ201310757361
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】D·根斯比泰爾 申請(qǐng)人:奧維沃盧森堡公司